电视导引头的激光回波分析

阐述了用激光主动扫描法侦察远方飞航导弹来袭方位的原理及实验技术。以电视导引头光学系统为例,运用矩阵光学追迹法对影响“猫眼效应”回波强度的因素进行了定性和定量的分析。研究结果表明:回波强度受导引头光路中光学镜头的相对孔径、摄像管靶面倾斜和离焦的影响较大;扫描激光光束的入射角等因素对回波强度也有一定的影响。在主动扫描装置与被探测导引头相距约5000m、扫描光束的入射角为0.1rad的条件下,导引头光学系统反射面倾斜和离焦使得侦察装置接收到的回波能量与发射脉冲能量之比由理想条件下的1.0%分别下降到了0.004%和0.3%。     

基于矩阵光学的猫眼效应回波特性模型

以基于猫眼效应的激光主动探测为应用背景,针对以往几何光学分析方法研究猫眼效应回波特性中存在的不足,从矩阵光学入手,提出了光学窗口映射的光束传输分析方法,建立了光学系统离焦和光束斜入射条件下猫眼效应回波的形状和能量模型,解决了传统公式中发散角物理意义不正确和无法准确预知回波空间范围的问题。通过搭建模拟的理想猫眼光学系统对模型进行了实验验证,实验结果与模型计算结果符合得很好。该模型及相关结论对于基于猫眼效应的激光主动探测及其防护技术研究具有重要的参考价值。     

“猫眼效应”影响因素的分析与验证

以自制透镜组、水准仪和加农炮瞄准镜为例,对影响"猫眼反射效应"回波的主要因素进行实验验证,实验结果表明:在近距离实验室条件下,"猫眼"效应受光学系统中反射面离焦、扫描光束的入射角影响很大。     

单光束扩束扫描激光周视探测系统参数对探测能力的影响

针对现有单光束激光同步扫描周视探测对脉冲重复频率要求较高,难以实际应用的问题,提出单光束扩束扫描激光周视探测方法.基于单光束扩束扫描激光周视探测工作原理,推导了最低扫描频率和脉冲频率解析式;分析了圆柱目标回波特性及关键参数截面衰减系数,建立了脉冲扩束激光圆柱目标回波功率数学模型,讨论了系统参数对截面衰减系数的影响,得到最大相邻脉冲光束夹角表达式;重点分析了脉冲频率、光束角和光束入射角对不同直径目标的探测能力的影响;得到了探测系统对典型条件下最大光束角、最低脉冲频率的计算方法.结果表明,对扫描光束稍加扩束可有效降低脉冲重复频率要求.研究结果可为单光束脉冲激光周视探测系统设计、优化提供理论依据.     

微型镜头对辐照激光的空间调制特性

传统的光学镜头探测主要基于回波强度(猫眼效应)来实现,但对于微型镜头而言,反射回波中存在明显的衍射现象,因此对微型镜头光阑衍射效应的研究成为一个重要的研究方向。基于角谱衍射理论,研究了微型镜头对辐照激光的空间调制特性,推导了回波光场分布的公式;仿真研究了探测距离、入射角度和光阑直径对衍射光场分布的影响,以及不同光阑直径时的最大可探测入射角,并利用搭建的激光主动探测系统对回波衍射现象进行了探测。结果表明,实际探测的衍射图样与仿真图样吻合得较好,所提理论能够准确地预测微型镜头探测回波的衍射现象。     

激光诱导等离子体光谱空间分布特性

激光波长和激光入射角是影响激光诱导等离子体空间分布和光谱强度空间分布特性的重要因素.基于流体动力学和SAHA方程,仿真了激光诱导等离子体的二维空间演化过程,研究了激发等离子体的辐射光谱空间分布特性及激光波长、入射角度等参数对等离子体特征谱线空间分布特性的影响.研究结果表明:波长为1064 nm的激光在不同延时条件下,最佳激光入射角度均为0°.当入射角度为0°时,所激发的等离子体辐射在不同的探测角度处均有较强的光谱信号,且在100,500,1000 ns延时条件下,最佳探测角分别为±41°、±11°和±12°.对于不同的波长,当延时分别为100 ns和500 ns且激光以0°入射时,长波长激光所激发的等离子体光谱在不同探测角处的强度均强于短波长激光.当延时为100 ns时,1064 nm波长激光所激发的光谱在最佳探测角位置的强度约为532 nm和266 nm波长激光所激发的光谱在各自最佳探测角位置强度的2倍.随着探测角绝对值的减小,等离子体辐射光谱强度先增大,到达最佳探测角后强度再减小.入射波长分别为532 nm和1064 nm的激光诱导击穿光谱实验结果验证了仿真结果.     

两路120 W固体激光高光束质量相干合成

通过主动相位控制实现了两路固体激光器的高光束质量相干合成输出,总输出功率达到240W。建立了两路120W板条激光放大器,通过光束整形获得了高光束质量方形光斑,并实现了高占空比光束拼接,填充因子高于92.4%。研制了光轴一致性探测与控制系统,采用基于压电陶瓷的快反镜实现了光轴的高精度闭环控制,两束激光光轴一致性优于2μrad(RMS)。设计了基于现场可编程门阵列(FPGA)的相位探测与控制系统,用随机并行梯度下降算法(SPGD)锁定了两束激光的活塞相位。相位闭环后,远场光斑峰值提高到开环状态的1.7倍,为理想值的84%。合成光束主瓣包含67%的激光总能量,光束质量(BQ)为1.1。     

基于双向反射函数的水下激光引信回波仿真方法

针对鱼雷激光近炸引信探测水下近场目标的需求,开展了水下激光引信回波蒙特卡洛仿真方法研究.结合水下激光引信探测特点建立水下目标回波的蒙特卡洛仿真模型.为了提高水中非朗伯目标表面回波仿真的准确度,推导了基于双向反射函数的光子反射方向概率分布,根据概率分布随机抽样光子反射方向.仿真了不同距离和入射角度条件下的水中目标回波信号.仿真结果表明:目标回波幅度随目标距离和入射角度的增大迅速下降,目标距离在6~12m内变化时,信号峰值动态范围为11.5dB;目标距离为8m,激光入射角在0~45°内变化时,信号峰值动态范围为9.2dB.为验证仿真方法的正确性,在水池中进行水中目标蓝绿激光探测实验,实验结果和仿真结果一致.研究成果可为解决传统蒙特卡洛方法在水中非朗伯面目标回波仿真中的适用性问题及水下激光引信优化设计提供参考.     

探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响

 光电装备的光学窗口对入射激光有较强的反射特性，即猫眼效应现象。为了研究利用猫眼效应来进行主动探测的适用条件，弄清探测激光入射角对猫眼效应反射特性的影响，建立了斜入射猫眼效应反射模型，分析并仿真了探测激光在目标系统处的入射角不同的情况下的后向反射激光特性，以及探测系统所能够接收的原路返回激光的远场能量分布情况。结果表明：对于特定的目标系统，猫眼效应现象只存在于一定的探测激光入射角范围之内，在此范围之内，猫眼效应反射特性与探测激光的入射角关系密切；基于猫眼效应的激光主动探测、定位等应用也是可行的。     

水中单光束扫描激光引信捕获率建模与仿真

为了提高反鱼雷鱼雷(ATT)激光近炸引信对来袭鱼雷的捕获率,首先根据鱼雷目标的激光反射特性,分析了鱼雷目标回波功率随激光束入射角度和入射位置的变化规律。采用空间解析几何方法描述了ATT与来袭鱼雷的交会模型,给出了任意交会距离和姿态时目标回波功率计算方法。根据系统最小探测功率,建立了水中单光束扫描激光引信捕获率蒙特卡罗仿真模型,仿真了系统捕获率随激光脉冲频率的变化关系,获得了探测不同距离目标的最大捕获率和相应的激光扫描频率和脉冲频率。结果表明:当激光扫描频率为15Hz,脉冲频率为4kHz,系统能可靠捕获距离9m内目标。所得系统捕获率仿真模型和结果可为ATT单光束扫描激光引信系统设计提供理论参考。     

Reflectance measurements on laser-produced plasmas at 0.26 μm

Total and specular reflection from planar Al-targets was measured with a frequency-quadrupled (λ = 0.26 μm) Nd-YAG laser. The intensity on target was 4 × 10¹³ W/cm² with pulse duration 20 ps. Total absorption for near normal incidence was 80%, very little dependence on intensity and pulse duration was found. By varying the polarization and angle of incidence (0°–80°) the characteristic behaviour of resonance absorption was observed.     

Experimental detection of specular reflection of gamma quanta

Scattering of bremsstrahlung electron beam (E _e = 6.25 MeV) collimated with a vertical divergence δ_γ ≈ ±60 μrad and incident on the mercury surface at glancing angles α = −37, −83, and −140 μrad is studied on the 118-m-long path length. The specular reflection effect is detected in the spectral and angular distributions of γ quanta with energies up to 3 MeV. The reflection coefficients vary from 0 to ∼17% depending on the angles of incidence and the γ quanta energy.     

Nonlinear reflection of optical beams in the media with a thermal nonlinearity

The features of the reflection of optical beams in the media with a defocusing thermal nonlinearity are analyzed. The dependence of the angle of the nonlinear total reflection on the power of the pump wave and the initial distance between the beams is determined. The reflection effects are studied for the interaction of the green (24 mW) and red (0.7 mW) laser beams that intersect at a relatively small angle (about 0.01 rad) in a 5-cm-long cuvette with the stained alcohol. The theoretical results are in good agreement with the experimental data.     

完全氧化DZ125的双向反射特性实验研究

作为燃气轮机的核心部件，涡轮叶片长期在上千度的高温下工作，为了保证叶片安全可靠地运行，需要对其温度进行实时的监测。辐射测温是目前涡轮叶片非接触式测温的主流方法，其测温精度与叶片材料反射特性关系密切，如何预测不同方向反射能量的大小，减小反射辐射对测温结果的影响是目前研究的难点。为了预测叶片反射能量大小，提高辐射测温的准确性，对涡轮叶片常见材料——完全氧化DZ125的双向反射分布函数(BRDF)进行研究。采用对比法作为实验测量的方法，先分析了BRDF对比法测量原理及数据处理方法，之后自主搭建了试验台，在温度分别为25, 900和1 100℃,波长分别为1 060, 1 550和1 908 nm的条件下，控制入射天顶角及反射天顶角在0°～60°范围变化，方位角在0°～180°范围变化，测量计算出了多组BRDF值，分析了各种因素对完全氧化DZ125的BRDF的影响。最后采用Modified Phong模型对BRDF测量值进行了拟合，并与实验测量结果进行了对比，得到了较好的结果。研究结果表明，温度、波长对完全氧化DZ125的BRDF影响较小，在涡轮叶片工作的温度范围变化不大，辐射波长变化不大时，...     

非合作目标相位式激光测距中目标漫反射特性的实验研究

阐述了目标的漫反射特性对非合作目标相位式激光测距仪中光功率探测的重要性.设计了一种测量漫反射性能的实验装置,并测量了几种材质的漫反射特性.针对实验结果分析了漫反射特性与不同材质和不同入射角的关系,并指出在其他条件相同时,目标的反射特性还与入射光的波长有关,因此,在选择测距仪的光源时还应考虑被测物表面的反射特性.     

0.351μm激光辐照Au盘靶吸收、散射规律的实验研究

在“星光Ⅱ”激光装置上，利用80只分立式探测器研究了约0.8ns，0.351μm激光辐照Au盘靶的吸收、散射．结果表明，强度约为5×10¹⁴W/cm²的激光以10°角入射，吸收可达90%以上；但是，以45°角入射，吸收仅为75%左右，散射高达25%．散射主要来自未被等离子体充分吸收的激光在弯曲临界面上的反射，同时伴随少量受激布里渊散射．吸收的理论计算与实验结果进行了比较，两者符合较好． 关键词：     

Generation of electron nanobunches and short-wavelength radiation upon reflection of a relativistic-intensity laser pulse from a finite-size target

We have proposed an efficient scheme of generation of short dense electron bunches during the interaction at large angles of incidence of a laser pulse with a thin transversally semibounded laser target. Streams of bunches can be used to simultaneously and independently generate pulsed X-ray radiation as fast electrons hit secondary targets. Dependences of bunch parameters (the number of particles in the bunch and the bunch energy and thickness) on the angle of incidence and laser intensity have been obtained. It has been shown that, upon reflection from the target, the relativistic-intensity laser wave is efficiently converted (the energy-conversion factor reaches ～20%) into a sequence of electromagnetic tens-of-nanometer-long atto pulses, which follow one after another in the period of the initial laser wave. We have investigated how the parameters of the atto pulse depend on the angle of incidence and the laser intensity. We have shown that atto pulses are generated most efficiently at large angles of incidence (≥50°) of the laser pulse on the target.     

星间激光通信光束微弧度跟瞄性能检测装置的设计原理

基于矢量折射定理,研究了透射光束通过双棱镜实现微弧度量级偏转的设计原理,解决了星间激光通信精跟瞄检测的难题。推导了正交双棱镜实现光束偏转的精确公式,提出以水平张角和垂直张角表达光束视场,并说明了单棱镜实现光束偏转的一般情况。根据设计指标和计算结果确定了棱镜的主要参量,进而对光束的偏转结果进行了数值模拟。最后的实验结果与模拟结果基本一致。结果表明:取棱镜棱角α为4°时,棱镜每旋转1′,透射光束变化约1μrad;分别控制双棱镜在其最小偏向角一侧小角度偏转,可以实现光束在水平方向和垂直方向500μrad范围内的精确扫描,装置的扫描精度可以达到0.2μrad。